稀土La对半固态A356初生相细化机制的研究

利用Al-La稀土中间合金对液态A356铝合金进行了细化处理,并用低过热度浇注技术制备了半固态A356铝合金浆料,研究了稀土La对所制备半固态A356铝合金的初生α相形貌和尺寸的影响.研究结果表明,含有适量稀土La的A356铝合金经低过热度浇注可制备具有颗粒状和蔷薇状初生α相的半固态浆料,稀土La可显著改善半固态A356铝合金中初生α相的晶粒尺寸和颗粒形貌.稀土La对半固态A356铝合金的初生α相细化机理可能与稀土在铝合金中诱发的共晶反应有关.     

微量Ce对细化A356合金初生相的作用

利用低过热度浇注技术制备了半固态A356-Ce合金浆料,研究了稀土Ce对半固态A356合金的初生相形貌和尺寸的影响.研究结果表明:含有适量稀土Ce的A356铝合金经低过热度浇注可制备具有颗粒状和蔷薇状初生相的半固态浆料,合金熔体等温温度会影响Ce细化半固态A356合金中初生相的效果.Ce对半固态A356铝合金的初生相细化机理与稀土在铝合金中诱发的共晶反应有关.      

立弯式浇道对半固态A356铝合金浆料组织的影响

采用立弯式浇道制备A356铝合金半固态浆料,研究了浇注温度对A356铝合金半固态浆料组织的影响,并考察了浆料经过均热处理后的组织。结果表明,采用立弯式浇道可以制备出半固态浆料,在本实验条件下,获得理想的半固态A356铝合金浆料的浇注温度为630℃和640℃,而且随着浇注温度的降低,初生相的形态由树枝状→蔷薇状→颗粒状转变;经过感应均热后,初生相更圆整,且尺寸、分布都很均匀。     

半固态A356合金重熔加热时初生相的组织演变

利用低过热度浇注技术制备了半固态A356铝合金坯料,研究了半固态温度区间重熔加热时半固态A356铝合金坯料的初生相形貌的转变过程.结果表明,在半固态两相区保温,半固态A356合金的初生相逐渐团球化,该过程随保温温度的升高而加快.半固态A356铝合金晶粒的圆度与保温温度和保温时间的关系不大,但晶粒的尺寸随着保温温度和保温时间的增加而增大.半固态A356合金试样重熔加热最佳工艺制度为583℃下保温30min,其晶粒平均等积圆直径为80μm,晶粒平均圆度为0.83.     

半固态A356合金重熔加热时初生相的组织演变

利用低过热度浇注技术制备了半固态A356铝合金坯料,研究了半固态温度区间重熔加热时半固态A356铝合金坯料的初生相形貌的转变过程.结果表明,在半固态两相区保温,半固态A356合金的初生相逐渐团球化,该过程随保温温度的升高而加快.半固态A356铝合金晶粒的圆度与保温温度和保温时间的关系不大,但晶粒的尺寸随着保温温度和保温时间的增加而增大.半固态A356合金试样重熔加热最佳工艺制度为583℃下保温30min,其晶粒平均等积圆直径为80μm,晶粒平均圆度为0.83.     

浇注温度对合金熔体冷却规律和半固态组织的影响

介绍了一种实验室自主研发的轻合金半固态浆料制备设备——锥桶式流变成形机(TBR),该设备利用刻有凸纹和沟槽的内、外锥桶的相对转动,使合金熔体在凝固过程中受到剧烈的剪切搅拌,从而获得合金半固态浆料.对TBR工艺的传热模型进行了推导,以A356为实验材料得出制备的A356铝合金半固态浆料温度与浇注温度的关系式,同时分析了不同浇注温度下合金熔体的冷却规律和获得的半固态组织形貌.结果表明,适当降低A356合金熔体的浇注温度可以延长初生固相受到的剪切时间和增加剪切次数,从而获得细小、均匀的半固态组织.当浇注温度为640℃时,初生固相平均晶粒尺寸为68μm,形状因子为0.82.     

双向间歇电磁搅拌对半固态A356-Ce合金凝固组织的影响

利用强剪切强对流的双向间歇电磁搅拌技术与低过热度浇注技术复合工艺作用合金熔体,制备了凝固显微组织形貌为晶粒尺寸细小、形态规则圆整的半固态A356-Ce合金铸锭,研究了在磁场作用时间恒定15 s时铝合金熔体施加不同磁场频率、间歇时间对合金中初生α相晶粒尺寸和形貌演变方式的影响规律。结果表明,在合理的试验磁场频率和间歇时间范围内,随着磁场频率和间歇时间增加,初生相的尺寸逐渐细化、圆整度和分布均匀性增大。在磁场频率30 Hz、间歇时间3 s电磁搅拌工艺条件下半固态初生相的晶粒尺寸细化和球化程度达到最佳,组织中初生晶粒均匀分布,初生相的形貌由初始发达粗大的树枝晶向细小圆整的球状非枝晶转变,其平均等积圆直径处于各磁场频率和间歇时间作用下的最小值35.2μm;平均形状因子达到了峰值0.81。采用该复合工艺可制备出满足流变成形需要的优质的流变浆料。     

稀土Y在电磁搅拌条件下对半固态ZL101铝合金初生α相的影响

选用稀土Y 作为ZL101 铝合金的细化剂,同时结合自制变频控制的电磁搅拌设备对合金进行短时弱电磁搅拌,探讨了稀土细化半固态合金的机制和不同电磁搅拌频率,对半固态ZL101-Y 铝合金凝固组织中不同区域的初生α 相的影响及最佳的电磁搅拌频率参数.研究表明:液态ZL101-Y合金经620 ℃低过热度浇注,并在频率为30 Hz 的条件下搅拌15 s,于590 ℃保温5 min 后,其初生α 相的形貌和尺寸达到最佳,其中心部晶粒平均等积圆直径为64.95 μm,平均形状因子为0.80,而边缘晶粒的平均等积圆直径为58.97 μm,平均形状因子达到0.83.在此条件下,半固态ZL101 合金浆料的初生α 相形貌及尺寸好且沿径向分布较均匀.      

铝钇共晶反应及其产物对亚共晶铝硅合金初生相的细化研究

研究了稀土Y在亚共晶铝硅合金中诱发稀土-铝共晶反应对铝合金初生α相的细化效应;应用Bramfitt提出的方法,计算了Al-Y共晶反应产物Al3Y与α-Al界面的二维点阵错配度,结果显示两者的二维错配度<6%,即Al3Y可作为α-Al的异质形核质点,且能达到中等有效形核而起到细化晶粒的作用,并通过实验验证计算结果如下:选用稀土元素Y作为A356合金细化剂的同时,将A356-Y熔体分别在稀土钇-铝共晶温度上、下10℃左右保温2 min后快速冷却,获得试样的金相组织照片后利用图像分析工具得到A356-Y合金初生α相的平均晶粒尺寸和平均形状因子。实验结果表明:A356-Y合金在Al-Y共晶温度之下保温,可获得较理想的初生α相形貌和较小的晶粒尺寸;结合二维错配的计算结果,可推断初生α相细化的主要原因为异质形核质点的增加:Al-Y共晶反应产物Al3Y与α-Al的二维点阵错配度在中等有效形核范围内,具有细化合金初生α相的作用;另一共晶产物α-Al与初生α相具有相同的晶体结构和点阵常数,则其也可作为异质形核质点而起到细化合金的作用。稀土Y可作为半固态A356合金中初生α相的优质细化剂。     

电磁搅拌方式对A356铝合金凝固组织形貌分形维数的影响

利用分形几何中的分形维数定量表征了铝熔体经低过热度浇注和电磁搅拌作用下半固态合金浆料中初生相的尺寸细化和球化程度.通过OM、Matlab软件平台编制计盒维数法计算程序,研究半固态初生相α-Al形貌的分形特征和电磁搅拌方式对其形貌分形维数变化规律的影响.结果表明,合金的凝固组织具有分形特征,可通过分形维数对初生相尺寸细化和球化程度进行定量表征.初生相的形貌分形维数随搅拌方式由无搅拌、单向连续搅拌过渡到双向连续搅拌时,呈逐渐减小的变化规律,是一个降维的过程.在双向连续搅拌作用下初生相的分形维数最小,晶粒细化球化程度达到最佳     

超声振动对半固态ZL101-La合金初生相的影响

利用超声振动技术制备了半固态ZL101-La合金浆料,研究了超声振动工艺参数,如：超声功率、超声导入温度和超声处理时间对半固态ZL101-La合金初生相的影响.结果表明：利用超声振动和稀土复合制备半固态ZL101合金浆料是可行的,超声功率是影响初生相形貌的主要因素.通过正交实验设计获得了超声振动场下制备半固态ZL101-La铝合金浆料的合适工艺方案,即：超声功率为150 W,超声导入温度为650℃,超声作用时间为30 s.     

工艺参数对引晶法制备半固态浆料组织的影响

采用引晶法(Introducing Grain Process,简称IGP)制备半固态金属浆料,研究了工艺参数对半固态A356铝合金浆料组织的影响,讨论了球状初生α(Al)晶粒的形成机制及形貌控制.结果表明:当合金温度为630℃、制备浆料为4 kg时,如果引晶尺寸为10 mm、加入量为3.5%(质量分数)和倾倒温度为611～617℃,半固态浆料中初生α(Al)晶粒的平均直径可达40~75μm,形状因子可达0.82~0.89.如果引晶尺寸为10 mm、倾倒温度为613℃、加入量为2%~4%,初生α(Al)晶粒的平均直径可达45~82μm,形状因子可达0.78~0.88.合金温度和倾倒温度适当降低、或者引晶加入量适当提高,组织越好.当QR=QA、Rh=Rc时,只要倾倒温度适宜就可以制备优质半固态浆料.引晶熔化时产生的枝晶碎块是半固态浆料中初生α(Al)晶粒的直接来源,引晶熔化时形成的温度过冷区也为异质形核提供了有利条件.     

稀土细化剂对半固态A356铝合金等温热处理组织的影响

利用低温浇注与晶粒细化法制备了半固态A356铝合金坯料,研究了在细化剂作用下等温热处理工艺条件对其组织的影响规律.研究结果表明,稀土细化剂的加入对试样等温热处理前的铸态组织和热处理后的加热组织都有明显的改善作用,且稀土细化及低温浇注共同作用时,所获得的半固态非枝晶A356铝合金试样等温热处理最佳工艺条件为583℃下保温30 min,此时坯料触变性良好,其晶粒平均圆度达到0.83,晶粒平均等积圆直径达到80μm.     

La和Y对细化后A356铝合金显微组织的影响

利用金相显微镜和扫描电子显微镜等设备研究了稀土金属La和Y对经AlTiB和AlSr细化后的A356铝合金α-Al枝晶和共晶Si相显微组织的影响及作用机理。研究表明,金属La和Y加入A356铝合金后以AlSiLa或AlSiY的形式存在于α-Al相晶界中。La和Y不仅对A356铝合金共晶硅相具有明显的变质效果,而且对α-Al晶粒有细化作用。其中Y变质共晶硅和细化α-Al晶粒的效果均优于La。     

电磁搅拌方式和稀土对半固态A356合金凝固组织的影响

通过双向电磁搅拌和稀土元素制备了半固态A356铝合金浆料.利用OM、XRD和SEM研究磁场频率30 Hz搅拌12 s时,无稀土、单一稀土0.5 %Ce（质量分数,下同）、混合稀土0.3 %La+0.2 %Yb以及电磁搅拌方式(单向连续搅拌、双向连续搅拌、双向间歇搅拌)对初生相形貌的影响.结果表明:在控制稀土等同总百分含量下,混合稀土对凝固组织优化程度大于单一稀土和无稀土,初生相平均等积圆直径和形状因子达到36.4 μm、0.82;在此基础上进一步对熔体施加不同搅拌方式处理,试验发现双向连续搅拌作用液态熔体形成了强烈的紊流和惯性冲击,加快了凝固体系的质量传输热量传递,晶粒尺寸和形貌相较于单向连续搅拌、双向间歇搅拌更加细小圆整.      

稀土Ce对A356铝合金力学性能及显微组织的影响

运用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和万能电子拉伸试验机等研究了稀土Ce对A356铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,稀土Ce是A356铝合金的一种优良变质剂,不但能使α-Al初生相晶粒得到细化,而且能使共晶硅变得细小、圆整且分布均匀。稀土Ce在A356铝合金中主要以稀土金属间化合物Al_(11)Ce_3相存在。当Ce添加量为0.04%时,A356铝合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率分别为307.5 MPa、239 MPa、7.72%,比未添加Ce的A356铝合金分别提高了7.89%、24.48%和108.09%。     

A356铝合金热处理工艺中Ti元素分析

为了提高A356铝合金的综合力学性能,减少富铁相的质量分数,采用金属半固态等温成型技术制备了添加不同质量分数Ti元素的A356铝合金,研究了在不同等温条件下A356铝合金晶粒的细化程度。结果表明:Ti元素对合金性能有较大帮助,但当钛元素质量分数超过0.10%时,钛对合金晶粒尺寸的细化效果下降;在进行半固态等温处理时,富铁相的长度和宽度随着温度的升高先增大后减小,晶粒尺寸随着温度的升高先减小后增大,且都在590℃达到峰值;随着等温时间的延长,富铁相长度和宽度都有所增大,晶粒尺寸变化不明显;添加细化剂或者延长等温时间,未熔初生相都呈现球化现象。     

熔体搅拌方式对半固态A356-0.5Ce合金凝固组织和力学性能的影响

结合双向间歇电磁搅拌与低过热度浇注复合工艺制备了凝固组织、拉伸性能较为理想的半固态A356-0.5Ce(质量分数)合金铸锭,通过OM分析铝熔体施加不同搅拌方式(无搅拌、30Hz单向连续电磁搅拌以及30Hz双向间歇电磁搅拌)对初生α相晶粒尺寸和形态的影响规律。结果表明,在30 Hz双向间歇电磁搅拌条件下初生晶粒细化球化程度较好,平均等积圆直径为35.9μm,形状因子为0.79。利用SEM研究了3种搅拌方式下合金铸锭的拉伸性能与断口形貌。相较于常规铸造,30Hz单向连续电磁搅拌和30 Hz双向间歇电磁搅拌作用下合金的抗拉强度由125 MPa分别增至143、176 MPa;延伸率由4.2%增至5.4%、7.8%,断裂机制由脆性解理断裂过渡为韧性断裂。     

Ce对A356合金的影响及细化机制的研究

研究了Ce对A356铝合金晶粒细化的效果以及对其力学性能的影响。结果表明:在未添加稀土Ce时,A356铝合金结晶时,其中的初生相α-Al呈现为粗大的树枝状。在添加不同量的稀土Ce时,A356铝合金中的初生相α-Al明显得到细化,树枝状晶转化为等轴晶。在Ce合金添加量为0. 1%时其细化效果最好,α-Al的等效直径和形状因子均达到最优水平,分别为24. 5μm和0. 61;二次枝晶臂间距最小,平均二次枝晶臂间距为14. 63μm;其力学性能也达到最佳,抗拉强度和延伸率分别为165. 89 MPa和3. 5%,合金的硬度为HV 77. 6。添加量超过0. 1%时,其细化效果会随着添加量的增加而逐渐减弱。稀土Ce对于合金晶粒细化比较符合异质形核理论,Al-Ce中间合金中的Al11Ce3和α-Al具有相似的晶体结构,而且晶格常数也能与之相对应。在A356合金液中添加Al-Ce中间合金时,Al11Ce3粒子作为A356合金凝固时的异质形核点从而促进细化。     

混合稀土(La,Ce)对7A04铝合金组织与性能的影响

采用铸造的方法制备了La/Ce配比不同及含量不同的7A04铝合金，通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析、显微硬度和耐腐蚀性能测试等手段，研究了混合稀土(La, Ce)配比不同及含量不同对7A04铝合金组织和性能的影响。结果表明，添加一定量的混合稀土后，7A04铝合金主要由α-Al基体、MgZn₂和Al₂Cu第二相、Al₈Cu₄(LaCe)和Al₃(LaCe)稀土相所组成，其中稀土相主要呈块状和骨骼状分布于晶界处，有效抑制了晶粒的生长，铝合金晶粒得到明显细化；铝合金的显微硬度和耐腐蚀性能均随稀土含量的增加呈先增大后减小的变化趋势，在La/Ce配比为7∶3、含量为0.8%时铝合金的硬度值最大为225 HV0.3,相对未添加稀土的铝合金硬度提高了31%;在La/Ce配比为5∶5、含量为0.5%时铝合金的腐蚀速率和腐蚀电流密度值最低，容抗弧半径最大，其耐腐性能最好。